Ökologische und politische Krisen der Gegenwart legen den Fokus verstärkt auf die Herstellung und Nutzung von sauberen Energieformen. Hierbei sticht insbesondere die Photovoltaik hervor. Diese nutzt die für menschliche Maßstäbe endlose Energie, die von der Sonne in Form von Licht auf die Erde trifft. In photovoltaischen Bauteilen, die vorwiegend aus Halbleitern bestehen, erzeugen Lichtquanten Ladungsträger, die in weiterer Folge als elektrische Energie zur Verfügung stehen. Der zugrundeliegende Prozess, der photoelektrische Effekt, wurde bereits vor knapp 120 Jahren erfolgreich von Albert Einstein gedeutet, wofür dieser 1921 den Physik-Nobelpreis erhielt.
Fanden Experimente damals allerdings lediglich mit makroskopischen Objekten statt, können solche Effekte heutzutage auch in kleinsten Dimensionen beobachtet werden. Die Nanooptik-Gruppe hat hierfür mittels moderner Elektronenstrahl-Lithographie Strukturen auf der Nanoskala hergestellt, die als Elektroden dienen und kleinste Lücken von 10 Nanometern aufweisen. In Kooperation mit der ETH Zürich wurden diese Lücken mit mehreren nur 4-5 nm kleinen, sogenannten Quantenpunkten gefüllt, die aufgrund ihrer halbleitenden Natur absorbiertes Licht in Strom umwandeln können.
Bei den Experimenten an diesem System wurde eine unerwartete Gesetzmäßigkeit über mehrere Größenordnungen der eingestrahlten Lichtintensität beobachtet: Die durch das Licht generierte Stromstärke – aber auch das Rauschen des Stroms – hängen nicht linear, sondern einem Potenzgesetz folgend von der Lichtintensität ab. Diese Resultate geben Einblick in die elementaren Abläufe der Wechselwirkung von Licht mit Materie und könnten helfen, die Effizienz zukünftiger photovoltaischer Bauteile oder auch Sensoren zu steigern.
Die Ergebnisse wurden in Nanoscale Advances publiziert, unterstützt durch den Open-Access-Publikationsfond der Universität Graz.
D. Grimaldi, E. Kelderer, D. N. Dirin, M. V. Kovalenko, A. Hohenau, H. Ditlbacher, J. R. Krenn, Photoconductivity of PbS/perovskite quantum dots in gold nanogaps, Nanoscale Adv. 4, 3566-3572 (2022), https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/na/d2na00284a.
